Des astronomes ont observé la transition de WOH G64, l’une des plus grandes étoiles connues de l’Univers, de l’état de supergéante rouge à hypergéante jaune, un corps stellaire rare et éphémère précédant généralement l’explosion en supernova. L’étoile a commencé à changer d’apparence à partir de 2014, montrant notamment un changement de couleur et une augmentation de sa température de surface en l’espace de seulement un an. Ces observations offrent une rare opportunité d’observer une étape clé de la fin d’une étoile massive.
Découverte pour la première fois dans les années 1970, WOH G64 (ou d’IRAS 04553–6825) est une étoile géante située dans le Grand Nuage de Magellan, l’une des galaxies satellites de la Voie Lactée, à environ 163 000 années-lumière de la Terre. Elle mesure plus de 1 500 fois le rayon du Soleil et est près de 30 fois plus massive et 282 000 fois plus lumineuse.
Elle apparaissait jusqu’à récemment comme une supergéante rouge. Mais en 2014, son apparence a progressivement commencé à changer, suggérant qu’elle approche de sa fin de vie. En effet, bien qu’elle ne soit âgée que de moins de 5 millions d’années, ce qui est relativement jeune pour une étoile (le Soleil est âgé d’environ 4,6 milliards d’années), WOH G64 est destinée à une existence brève en raison justement de sa taille exceptionnelle.
Contrairement aux étoiles petites ou moyennes comme le Soleil, les étoiles massives épuisent plus rapidement leur combustible thermonucléaire, conduisant à terme à la dilatation et à l’éjection de leurs enveloppes externes, puis à l’effondrement gravitationnel de leurs noyaux. Lorsque WOH G64 a été imagée en 2024 grâce à une reconstruction interférométrique réalisée par l’instrument GRAVITY du Very Large Telescope Interferometer (VLTI), au Chili, elle était entourée d’un nuage de poussière dense, ce qui confirmerait la perte de masse précédant la transition vers l’effondrement de son cœur.
Dans une étude publiée le 23 février dans la revue Nature Astronomy, une équipe d’astronomes affirme que l’événement de 2014 constitue sa transition de l’état de supergéante rouge à hypergéante jaune, un phénomène bref et extrêmement rare (quelques dizaines de cas recensés à ce jour) qui précède probablement une explosion en supernova ou un effondrement direct en trou noir.
« Le destin des étoiles dont la masse initiale se situe entre 23 et 30 masses solaires, après leur évolution en supergéantes rouges, demeure incertain. Dans ce cas précis, WOH G64 était la supergéante rouge la plus extrême connue, avec une masse estimée à environ 28 masses solaires », explique Gonzalo Muñoz-Sanchez de l’Observatoire national d’Athènes qui a dirigé l’étude, à Space.com.
« On ignore encore si ces étoiles explosent en supernovas, s’effondrent directement en trous noirs, ou évoluent de la phase de supergéante rouge vers le stade d’hypergéante jaune avant de terminer leur vie. WOH G64 pourrait bien apporter la réponse à cette question », a-t-il ajouté.
Image de WOH G64, prise par l’instrument GRAVITY du Very Large Telescope Interferometer de l’Observatoire européen austral (VLTI de l’ESO). © ESO/K. Ohnaka et al.Une transition de supergéante rouge à hypergéante jaune en un an
En analysant les données d’observations de WOH G64, l’équipe a constaté un changement de couleur se produisant parallèlement à une hausse de la température de surface. Il s’agit, selon l’équipe, de la première preuve d’un objet stellaire extrême modifiant sa température pour passer du rouge au jaune en l’espace de seulement un an et de manière progressive. « C’est d’autant plus surprenant que les changements rapides dans les étoiles sont généralement associés à des processus violents ou abrupts », a expliqué Muñoz-Sanchez.
Pour que cette transition se produise, l’étoile aurait besoin d’un vent stellaire suffisamment énergétique pour arracher son enveloppe externe, un processus qui devrait, en théorie, entraîner une hausse de température. Cependant, seules les supergéantes rouges extrêmement brillantes peuvent générer de telles éjections de matière.
La transition de WOH G64 pourrait donc s’expliquer par la présence d’une étoile compagne, dont la présence a été récemment confirmée par l’équipe. « Les interactions binaires pourraient également jouer un rôle crucial dans la formation des hypergéantes jaunes », indique Muñoz-Sanchez. « Si un transfert de masse ou un décapage de l’enveloppe se produit dans un système binaire, l’enveloppe d’une supergéante rouge peut être partiellement arrachée, ce qui pourrait potentiellement accélérer son évolution vers les températures jaunes. »
Dans ce scénario, le système devrait, en théorie, être initialement entouré d’une enveloppe de matière commune qui leur donnerait temporairement l’apparence d’une supergéante rouge. L’éjection partielle de cette enveloppe révélerait alors les deux étoiles. Une autre possibilité est que même s’il s’agit d’un système binaire, la transition pourrait être enclenchée par un processus stellaire intrinsèque à WOH G64. Cette dernière aurait ainsi connu un épisode éruptif de plusieurs décennies avant de se retrouver dans un état jaune et calme.
Toutefois, « ces deux possibilités sont extrêmement rares, et il est presque sans précédent d’observer l’un ou l’autre de ces phénomènes à l’échelle humaine », précise Muñoz-Sanchez. Le processus ayant mené à la transition de WOH G64 en hypergéante jaune demeure donc pour le moment incertain. Néanmoins, si l’échange de matière entre les deux étoiles se poursuit, une collision et une fusion pourraient se produire.
D’un autre côté, si les deux étoiles n’interagissent entre elles que faiblement, l’étoile principale (l’hypergéante) évoluerait vers l’effondrement de son cœur, qui aboutira à son tour à une explosion en supernova ou à un effondrement direct en trou noir. Étant donné que WOH G64 semble être un système très évolué (à l’échelle astronomique), il est possible qu’il subisse un effondrement de son cœur prochainement, c’est-à-dire d’ici quelques centaines à quelques milliers d’années, estiment les chercheurs.
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